基因組研究挑戰(zhàn)了之前對(duì)光合作用起源的理解

勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(伯克利實(shí)驗(yàn)室)的植物生物學(xué)家與加州理工學(xué)院(加州理工學(xué)院)的同事合作，重建了光合作用的進(jìn)化歷史，為其起源的尚未展開的故事提供了新的見解。最常研究的光合作用形式是含氧光合作用，即植物利用太陽(yáng)光將水轉(zhuǎn)化為氧氣的方法。然而，進(jìn)一步研究不產(chǎn)生氧氣的無氧光合作用對(duì)于了解早期微生物代謝如何影響地球的地球化學(xué)循環(huán)至關(guān)重要“光合作用支持我們星球上的大部分生命;然而，我們對(duì)這種重要的新陳代謝的進(jìn)化知之甚少，”伯克利實(shí)驗(yàn)室環(huán)境基因組學(xué)和系統(tǒng)生物學(xué)部的博士后研究員Patrick Shih解釋說，他是最近一項(xiàng)研究的共同第一作者。在美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊上發(fā)表的題為“3-羥基丙酸自行車的演變和最近將無氧光合作用轉(zhuǎn)移到Chloroflexi中”。加州理工學(xué)院地球生物學(xué)教授伍德沃德菲舍爾也是該研究的共同第一作者。

據(jù)認(rèn)為，在氧氣光合作用之前，無氧光合作用進(jìn)化，在大氣氧氣上升之前，在地球上生命的一些最早證據(jù)中發(fā)揮作用。“人們普遍猜測(cè)，一種叫做Chloroflexi的特殊細(xì)菌群是無氧光合作用的發(fā)明者，”Shih說。“我們研究了不同Chloroflexi的基因組，并使用系統(tǒng)發(fā)育學(xué)來證明這個(gè)群體不可能是光合作用的最初發(fā)明者之一。”

研究人員利用比較基因組學(xué)和分子鐘分析相結(jié)合的方法，確定了Chloroflexi門的光養(yǎng)營(yíng)養(yǎng)成員最近進(jìn)化為含氧光合作用的祖先，這一過程大約在23億年前發(fā)展。相比之下，人們發(fā)現(xiàn)Chloroflexi根本沒有先于這個(gè)過程，大約有8.67億年前發(fā)展過。“我們使用系統(tǒng)發(fā)育方法來估計(jì)何時(shí)發(fā)生進(jìn)化事件，特別是分子鐘分析。分子鐘是一種觀察蛋白質(zhì)分子進(jìn)化速率的方法，然后可以使我們對(duì)特定事件何時(shí)發(fā)生進(jìn)行估計(jì)，”Shih解釋。“我們用這種方法來了解Chloroflexi門的光養(yǎng)營(yíng)養(yǎng)成員何時(shí)進(jìn)化。傳統(tǒng)上認(rèn)為Chloroflexi是我們所知道的最古老的光養(yǎng)系譜之一。但是，我們的分子鐘分析顯示這個(gè)群體實(shí)際上比以前更年輕。建議“。

該研究?jī)H僅是確定重要微生物代謝的年齡和作用以及確定光養(yǎng)的最初發(fā)明者的起點(diǎn)。“我們已經(jīng)證明，我們可以通過新的基因組學(xué)和系統(tǒng)發(fā)育工具重新審視幾十年來一直存在的舊問題，”Shih補(bǔ)充道。“這項(xiàng)研究致力于理解光合作用的起源，并強(qiáng)調(diào)我們對(duì)驅(qū)動(dòng)地球的主要新陳代謝的歷史知之甚少。”

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